子午莲系多年水生草本植物；根状茎短粗。叶纸质，心状卵形或卵状椭圆形，长5-12厘米，宽3.5-9厘米，基部具深弯缺，约占叶片全长的1/3，裂片急尖，稍开展或几重合，全缘，上面光亮，下面带红色或紫色，两面皆无毛，具小点；叶柄长达60厘米。 花直径3-5厘米；花梗细长；花萼基部四棱形，萼片革质，宽披针形或窄卵形，长2-3.5厘米，宿存；花瓣白色，宽披针形、长圆形或倒卵形，长2-2.5厘米，内轮不变成雄蕊；雄蕊比花瓣短，花药条形，长3-5毫米；柱头具5-8辐射线。 浆果球形，直径2-2.5厘米，为宿存萼片包裹；种子椭圆形，长2-3毫米，黑色。花期6-8月，果期8-10月。